JPS62147975A - 圧電モ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、圧電素子を電力付勢して振動を発生し、この
振動を用いて回転トルクを得るよう１こした圧電モータ
に関する。

従来技術 ＠７図は従来技術の圧電モータ１の−５５分の構成を示
す平面図であり、第８図は第７図の正面図である。第７
図および第８図を参照しで、従来技術の圧電モータ１の
ｆｉη成と動作について説明する。

圧電モータ１は、圧電体に電極が形成された圧電素子２
の一方表面に、振動伝達部材３が固定される。圧電素子
２の振動伝達部材３と反対側には、たとえばゴムなどの
弾性材料からなるｌｉｌ柄部材４が配置される。

振Ｉ！ｌＪ伝達部材３の圧電素子２と反対側には、周方
向に複数の突起５　ａ、５　ｂ、５　ｃ、５　ｄ（必要
な場合には参照符５で総称する）が形成される。これら
の各突起５は、第７図および第８図に示すように、たと
えば振動伝達部材３の周方向に沿い、−・定方向に傾斜
して構成される。この各突起５の先端部Ｇ　ａ、６　ｂ
、６　ｃ＋６　ｄ（必要な場合には参照符６で総称する
）に共通に接触して、たとえば円板状の回・１μ部材７
が配置される。後述されるようにこの回転部材７が回転
されて、圧電モータとしての駆動力が取出される。

以下に、動作について述べる。圧電素′Ｔ−２の矢符Ａ
１方向の変位は、振動伝達部材３によって伝達され、す
なわち振動伝達部材３の回転部材７側の表面は第８図の
仮想＃１１７１で示す状態に変位する。このとき、回転
部材７は図示しない構成によって第８図の−に方に変位
しないように支持されているので、各突起５はその基端
部を振動伝達部材３によって回転部材７側に変位され、
一方、その先端部６は回転部材７に当接する。したがっ
て各突起５は、ｉｐ８図の仮想線！２で示すように傾斜
方向にたわみ、このとき回転部材７が同方向に回転され
る。

一方、圧電素子２の矢符Ａ２方向の縮退変位は、振動伝
達部材３を第８図の実線で示す位置に変位し、したがっ
て各突起５の先端６は回転部材７から眉間し、やはり第
８図の実線で示される位置に復す、１する。このような
動作を繰り返すことによって回転部材７を矢符Ａ３方向
に回転駆動ｒることができる。

このような従来技術の圧電モータ１では、回転部材７の
回転は、振動伝達部材３の突起５の傾斜方向、すなわち
矢符Ａ３方向のみであり、したがって回転部材７から取
り出される回転として、一方向および池方向の双方向の
回転を要するような用途には用いることができな〜）と
（１う間ｍ点があった。

目　　　　的 本発明の８的は、と述の問題点を解決し、構成が簡略化
されるとともに、回転体が一方力向Ｊ３よび逆方向の双
方向に高効率で回転することができる改善された圧電モ
ータを提供することである。

実施例 第１図は本発明の一実施例の圧電モータ１０の断面図で
あり、第２図は振動伝達部材１１および第１圧電素子１
２の平面図であり、第３図は第１図の圧電モータ１０の
分解斜視図である。第１図〜ｊｐ３図を参照して、本実
施例の圧電モータ１０の構成と動作について説明する。

本実施例の圧電モータ１０においては、たとえばＰＺＴ
などの圧電セラミックス材料から構成される圧電体１２
ａの厚み方向両表面に、電極１２ｂ、４２ｃが形成され
て成る逆円錐台状の圧電素子１２を、周方向から外囲し
て、たとえば鉄Ｆｅなとの剛性材料から形成され、圧電
素子２の振動を吸収することなく一方表面から池方表面
に伝達するたとえば円環状の振動伝達部材１１が固着さ
れる。

振動伝達部材１１は、圧電素子１２が嵌込んで固着され
る形状の内周面１１ａを有する。振動伝達部材１１の外
周部１３に、半径方向外方に向かって突出しかつ周方向
に沿って一定方向に傾斜した駆動片である突起１４　ａ
、　１４　ｂ、　１４　ｃ、　１４　ｄ（必要な場合に
は参照符１４で総称する）が突設される。振動伝達部材
１１において、突起１４を除いた部分である取付円環部
１１１１が、突起１４の基端部を構成する。

このような振動伝達部材１１の厚み方向一方表面に、回
転体である円環状の回転Ｔ−１５が配置される。回転子
１５には、同軸に回転軸１６が備えられ、内輪１７、外
輪１８および転四１本１９からなる袖受２（）に係止さ
れる。

まｒこ−に連したような構成全体を収納ｒるハウノング
２１が配置され、圧電素子１２とノ１ウノング２１の底
板２２との間には、たとえばゴムなどの弾性材料からな
り圧電素子１２の矢符Ｂｌ、Ｂ２方向（第１図の上下方
向に沿う伸縮変位）の振動を吸収することができる緩衝
部材２３が配置され、圧電素子１２と底板２２とに、そ
れぞれたとえばシリコンゴムなどの弾性状接着剤などに
よって固″；ａされる。

前記突起１４ａ〜１４ｄの周方向に沿う共通する側部に
は、ｆ：ｔＳ２圧電素子２９　ａ、２９　ｂ、　２９　
ｅ、　２９ｄ（必要な場合には参照符２９で総称ｒる）
が固Ｘ１される。これらの第２圧電素子２つは、方形の
圧電体２１３ａ、２　Ｇｂ、２６ｃ、　２　Ｇｄを有し
、突起２４側表面と各圧電体２６ａ〜２６ｄの反対側表
面とに、電ｆｆ１２７ａ、２８ａ：２７１１．２８＋ｌ
；２７ｃ＋２８ｃ：２７ｄ、２８ｃｌがそれぞれ形成さ
れ、振動１云達部材１１の半径方向の変位を利用する。

第４図は本実施例の圧電モータ１０を駆動トる電気的構
成を説明するブロック図である。発振器２１〕からは、
たとえば正弦波形電圧が発生′−れ、ライン３０を介し
て増幅′ａ３１で増幅され、圧電素子】２に与えられる
。また、発振器２９がらの正弦波形電圧は、ライン３０
がら分岐した分岐ライン３２を介して移相器３３に与え
られ、ライン３０の電圧よりも位相をたとえば９０度進
ませる。

移相器３３がらの出力は、増幅器３４によって増幅され
て、第２圧電素Ｐ　２９　ａ〜２９ｄに共通に与えられ
る。圧電素子１２およＶ第２圧電素子２つａ〜２９ｄの
それぞれ反対側は、共通に接地される。すなわちｆｐＪ
２圧電素Ｐ２９　ａ〜２９ｄには、共通な位相の電圧が
与えられる。

第５図は本実施例の圧電モータ１０を駆動する電圧の位
相を説明する波形図である。第５図のライン！１は増幅
器３１の出力電圧ｖ１を示し、ライン１２は増幅器３４
の出力電圧■２を示す。電圧ｖ２は、電圧■１に比較し
て９０度位相が進んでいる。すなわち出力電圧Ｖｌ、Ｖ
２は、一般に下式で表わすことができる。

Ｖ１＝ＶＯｓｉｎωＬ　　　　　　　　　　・（１）Ｖ
２＝ＶＯｓｉｎ（ωｔ−ｉ／’２）　　　　　＝（２）
ｖＯ；振幅 ω；角振動数 ｆｊ’、Ｇ図は本実施例の圧電モータ１０の突起１１ｂ
の動作状態を、’Ｊｌ明ｒる図である。第１図−第６図
を参照して、本実施例の動作について説明する。

Ｐｔ５Ｇ図（１）は、第１圧電素子１２には電圧■１は
印加されていず、第２圧電素子２９ｂにはたとえば負極
性の電圧■２が印加されている第５図の時刻ｔ＝　ｔｏ
　（ｔ＝　ｏ　）の場合である。このとき第２圧電素子
２９ｂは、たとえば縮退変１−ｒ、するように？１育成
される。ｆ：ｔＳ２圧電素子２９ｂの縮退変位により、
突起１４ｂｌｉ矢ｒｆＡ１方向１：　タｈ　ミ、第５図
（１）の２点鎖線で示される状態から実線で示される状
態に屈曲する。このとき、突起１４１】の回転子１５側
端面である下端面２５は、回転子１５の突起１４１＋側
の端面である下端面２４と離間するように構成されても
よい。

第６図（２）は第５図の時刻Ｌ１　　の場合であり、印
ｊＭ電ｆｆ＝Ｖ１おける最大電圧すなわちＶ１＝ＶＯが
印加されており、第２圧電素子２９ｂには、電圧は印加
されていない。このとき、第１圧電素子１２は、たとえ
ば伸長変位するように構成される。

第１圧電素子１２は、前述したように逆円錐台状に形成
されている。したがって大径である電極１２ｂ側におけ
る半径方向の変位量Ｐ１は、小径である電極１２ｃ側の
変位ｌＰ２よりも火である。

すなわち振動伝達部材１１には、上記大きさの異なる半
径方向変位量Ｐｉ、Ｐ２が与えられ、突起１４ｂは半径
方向内方から外方に向かうに従い緩衝部材２３側　（矢
符Ａ３側）へ変位していることになる。すなわち第６図
（２）の実線で示される位置に変位し、突起１４ｂは回
転子１５の下端面２、ｔがら離反する。

第６図（３）は第５図の１１，７刻Ｌ２の場合であり、
前記電圧■１は消努されている一方で、第２圧電素子２
９１〕に印加される電圧■２は、最大電圧■０である。

したがって、第２圧電素子２９１〕は伸長変位し、突起
１・１１）は前記矢符Δ１方向と逆方向の矢符Ａ２方向
に屈曲されろ。

第Ｇ　（７１（４）は第５図の時刻Ｌ３　　の場合であ
り、電圧ｖ１は−■Ｏになっている一方で、電圧■２は
０となっている。したがって第１圧電体１２は、前記変
位量Ｐｉ、Ｐ２の伸長変位とは逆の縮退変位を打なう。

二の縮退変位は、前記伸長変位から電圧無印加時状態へ
の復帰、および電圧無印加時状態からの縮退変位を含む
。したがって振動伝達部材１１の突起１４ｂは、前記矢
符Ａ３方向と逆方向の矢符Ａ４方向に変位し、回転子１
５の下端面２４に当接する。このとき突起１４ｂは、第
６図の矢符Ｂ１で示すような楕円運動を行なうことにな
り、回転子１５にこの楕円運動の接線方向である矢符Ｂ
２方向の摩擦力を与える。

すなわち上述したような突起１４１１の上端面２５　ｂ
の一点の運動は、半径方向に沿つｄｉｓｉｎω［の（ｄ
ｌ；振幅）縦振動と周方向に沿うｄ２ｓｉｎ（ωＬ−π
／　２　Ｈｄ２　：振幅）の横振動との合成された振動
となる、このような合成振動は、−・般にｎ３図の矢符
Ｂ１で示す楕円軌道を描き、ｄｉ　＝ｄ２のときには、
仮想円周に沿って変位する。前記突起１４１１について
上述した動作が、残余の各突起１４ａ、１４ｃ、１４ｔ
ｌに−〕いても同期して行なわれる。したがってこのよ
うな合成振動変位によって、回転子】５は矢符Ｂ５方向
に回転駆！ｒ！ＩＪされる。

上述したように回転Ｔ−１５は、第１図の矢符Ｂ１力向
に回転駆動される。一方、本実施例の圧電モータ１０で
は、前記矢符Ｂ１方向の回転とは反対力向の矢符Ｂ２方
向の回転をも得ることができる。すなわち１６図のライ
ン！３で示すように、第１圧電素Ｔ−１２に印加される
電圧Ｖ１の位相より９０°遅れた位相の電圧を、各第２
圧電素子２５３に与えるようにすればよい。

上述の実施例において、第２圧電素子２９は突起１４の
共通する一方側に設けられたが、そのほか周方向他方側
または両側部に設けるようにしてもよい。このとき第５
図および第６図を参照して説明した矢符Ｂ１方向または
矢符Ｂ１方向の双方向回転が可能であるように、各圧電
素子を形成する圧電材料の極性などを選べばよい。また
上記実施例における駆動電圧の位相のずれは９０゛に限
るものではなく、突起１４の数も４つに限るものではな
い。また第１圧電素子１２に前記突起１４ａ、１４ｂ、
１４ｃ、　　１４ｄを直接固定するようにしてもよい。

このとき、突起１４の！１″−径方向内周面は、逆円錐
台状の第１圧電素子１２の形状と、吋応する形状とされ
る。

効　　果 以」二のように本発明に従う圧電モータは、円錐台状の
第１圧電素子を備える。このｆ：ｔＳ１圧電素子の半径
方向外周部に基端部が固定され、第１圧電素子の半径方
向に匠びる駆動片が設けられる。この駆動片には、第１
圧電素子の半径方向に延びる第２圧電素子が固定される
。また第１圧電素子の厚み方向の一方側で、前記駆動片
に当接する回転体が設けられる。第１および第２圧電素
子には、相互に位相のずれた電圧が印加されるようにし
た。

このとき、第１圧電素子と第２圧電素子とに印加される
電圧の位相を所定の態様に進め、または遅らせることに
よって、回転体を一方向および池方向にそれぞれ回ｔ　
ｒることができる。このようにして簡便な構成を有する
圧電モータによって、双方向のしかも高効率な回転を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の圧電モータ１０の断面図、
ｆ：ｔｒＪ２図は第１圧電素Ｔ−１２および振動伝達部
材１１の平面図、第３図は圧電モータ１０の分解斜視図
、第３図は振動伝達部材１１の斜視図、第４図は圧電モ
ータ１０の電気的構成を説明するブロック図、第５図は
圧電モータ１０への駆動電圧を説明する波形図、第６図
は突起１４１Ｊの動作状態を説明する図、第７図は従来
技術の圧電モータ１の平面図、Ｉｓ　８図は第１０図の
正面図である３１０・・・圧電モータ、１１・・・振動
ｆム達部材、１２・・第１圧電素子、１４・・・突起、
１５・・・回転子、２４・・・下端面、２５・・上端面
、２つ・・・第２圧電素子、２０・・発振器、３３・・
移相器 代理入　　弁理上　四散　上一部 第１図 第２図 第３図 第４図 第７０ 第８０ 手続補正力 昭和６１年　３月　ｒ！ｑ 特願昭ｆ３０−２８８１１７ ２、発明の名称 圧電モータ ３、補正をする者 事件との関係　　出願人 住所 名称　（５８３）松下電工株式会社 代表者 ４、代理入 住　所　大阪市西区西本町１丁目１３番３３号　所興産
ビル国１１％　置［ＥＸ　０５２５−５９８５　　ｒＮ
ＴＡＩＦＴ　　、Ｊ国際ＦＡＸ　ＧＩ［Ｉ＆ＧＩ［（０
６）５３８−０２４７６、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄および図面７、補正の内
容 （１）明細書ｔｊＳ５頁第９行目において［かつ周方向
に沿って一定方向に傾針し」とあるを削除する。 （２）明細書ｆｊＳ６頁第１３１テ目〜第１４行目にお
いて１突起２４側表面Ｊとあるを、「突起１４側表面」
に訂正する。 （３）明細書第８頁第８行目において「電圧Ｖ２Ｊとあ
るを、「電圧ＶＯＪに訂正する。 （４）明細；１第１０頁第１２行目において「矢符Ｂ２
方向」とあるを、「矢符Ｂ５方向」に訂正する。 （５）明細書！＠１０頁第１３行目〜第１４行目におい
て「上端面２５ｂ」とあるを、（上端面２５」に訂正す
る。 （６）明＃３書ｆ：ｔｓ１１頁第４行目〜第５行１］お
よび第６行目において「矢符Ｂ１方向」とあるを、１矢
符Ｂ３方向」に訂正する。 （７）明細１！Ｆ第１１頁第７行（］において１矢符Ｂ
２方向」とあるを、　「矢符Ｂ４方向」に訂正する。 （８）明細書第１１頁第８行目において「第６図」とあ
るを、　「第５図」に訂正する。 （９）図面の第１図、第３図および第６図を別紙のとお
りに訂正する。 以　　上 第１図 第３　図 手続補正書（方式） 昭和６１年　４月　２日 １、′ｆ許庁艮官殿 １　、　’Ｂ　ｌ牛の表示 トチ１顆昭６０　２ｆ１８１１７　　　、蓼。 ２、発明の名称 圧電モータ ３、補正をする者 ５５件との関係　　出願人 １を所 名称　　（５８３）松下電工株式会社 代Ａ名 ４、代理人 １五　所　大阪市西区西本町Ｊ丁目１３番３８号　新興
ｒ’ｌビル国際置装ＥＸ　０５２５−５９８５　　ＩＮ
ＴＡＰＴ　　Ｊ国際ＦＡＸ　ＧＩＩｌ＆ＧＩ［（０６）
５３８−１１２４７６、補正の対象 明細書の図面の簡Ｕｉｔな説明の欄 ７、補正の内容 明細書ｆｊＩＪ１３Ｔ１第１１行目において「第１０図
コとあるを、　「第７図」に訂正針る。 以　　上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 逆錐台状の第１圧電素子と、 第１圧電素子の半径方向外周部に基端部が固定され、第
   １圧電素子の半径方向に延びる駆動片と、第１圧電素子
   の半径方向に延びて前記駆動片に固定される第２圧電素
   子と、 第１圧電素子の厚み方向の一方側で駆動片に当接する回
   転体とを含み、 第１および第２圧電素子には相互に位相がずれた電圧が
   印加されることを特徴とする圧電モータ。